淺談虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講解

什么(shénme)是VR？VR=VirtualReality=虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)，或虛擬實(shí)境（VirtualReality），簡(jiǎn)稱VR技術(shù)，是指利用電腦模擬產(chǎn)生(chǎnshēng)一個(gè)三度空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。1第一頁，共60頁。什么(shénme)是VR？最新的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過高清晰度頭戴式顯示器、高保真揚(yáng)聲器、動(dòng)作追蹤系統(tǒng)、以及其他知覺模擬器使得(shǐde)虛擬現(xiàn)實(shí)用戶獲得前所未有的臨場(chǎng)感。2第二頁，共60頁。VR行業(yè)(hángyè)近期重大事件2014年，F(xiàn)acebook以20億美元收購初創(chuàng)公司Oculus2016年3月，Oculus公司產(chǎn)品OculusRift正式上市銷售2016年3月，微軟公司產(chǎn)品HoloLens（開發(fā)者版）開始(kāishǐ)銷售2016年3月，索尼公司產(chǎn)品PlayStationVR正式公開2016年4月，HTC公司產(chǎn)品HTCVive上市銷售2016年4月，工信部發(fā)布《虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書5.0》2016年5月，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開始(kāishǐ)制定3第三頁，共60頁。為什么是VR？技術(shù)的發(fā)展使相關(guān)概念的實(shí)現(xiàn)成為可能各大公司(ɡōnɡsī)VR旗艦產(chǎn)品集中發(fā)售VR帶給人們新鮮獨(dú)特的體驗(yàn)VR在各大領(lǐng)域都有巨大的發(fā)展前景4第四頁，共60頁。VR的基本(jīběn)特性5沉浸感Immersion構(gòu)想性Imagination交互性Interaction第五頁，共60頁。VR系統(tǒng)(xìtǒng)的組成6硬件(yìnɡjiàn)內(nèi)容(nèiróng)電影、游戲、娛樂節(jié)目、教育課程……頭戴式顯示器、體感控制器、多功能交互系統(tǒng)……第六頁，共60頁。VR發(fā)展(fāzhǎn)簡(jiǎn)史（1）71963年，美國著名科幻雜志編輯，科幻文學(xué)的先驅(qū)(xiānqū)之一，工程師雨果·根斯巴克在《Life》雜志發(fā)表文章。在文章中，他探討了他的發(fā)明——“Teleyeglasses”，這是一款頭戴式的電視收看設(shè)備。第七頁，共60頁。VR發(fā)展(fāzhǎn)簡(jiǎn)史（2）1968年，美國科學(xué)家，“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)之父”伊凡·蘇澤蘭開發(fā)了一款顯示器，該立體視覺系統(tǒng)被稱為“達(dá)摩克利斯之劍”，該頭戴式顯示器是一個(gè)真實(shí)的虛擬和增強(qiáng)(zēngqiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的最早例子之一，能夠顯示一個(gè)簡(jiǎn)單的幾何圖形網(wǎng)格并覆蓋在佩戴者周圍的環(huán)境上。8第八頁，共60頁。VR發(fā)展(fāzhǎn)簡(jiǎn)史（3）1985年，美國航空航天局（NASA）研制了一款安裝在頭盔上的VR設(shè)備，稱之為“VIVEDVR”，其配備了一塊中等分辨率的2.7英寸液晶顯示屏，并結(jié)合了實(shí)時(shí)頭部運(yùn)動(dòng)追蹤等功能。其作用是通過(tōngguò)VR訓(xùn)練增強(qiáng)宇航員的臨場(chǎng)感，使其在太空能夠更好的工作。9第九頁，共60頁。VR發(fā)展(fāzhǎn)簡(jiǎn)史（4）101991年，在IBM研究室的協(xié)助下，美國Virtuality公司開發(fā)了虛擬現(xiàn)實(shí)游戲系統(tǒng)“VIRTUALITY”，玩家可以通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多人游戲，由于(yóuyú)價(jià)格昂貴及技術(shù)水平限制，該產(chǎn)品并未被市場(chǎng)接受。第十頁，共60頁。VR發(fā)展(fāzhǎn)簡(jiǎn)史（5）111995年，日本任天堂（Nintendo）公司推出32位攜帶游戲(yóuxì)主機(jī)“VirtualBoy”，其技術(shù)原理是將雙眼中同時(shí)產(chǎn)生的相同圖像疊合成用點(diǎn)線組成的立體影像空間，但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)，該裝置只能使用紅色液晶顯示單一色彩。第十一頁，共60頁。“虛擬現(xiàn)實(shí)(xūnǐxiànshí)元年”2016年被稱為虛擬現(xiàn)實(shí)的元年，隨著相關(guān)產(chǎn)品的集中發(fā)售，VR行業(yè)將步入高速發(fā)展階段。預(yù)計(jì)到2016年底(niándǐ)，Oculus銷量將達(dá)到100萬部，HTCVive銷量將達(dá)到100萬部，索尼PSVR銷量將達(dá)到250萬部，而移動(dòng)VR用戶數(shù)量將達(dá)到1800萬部。VR技術(shù)的應(yīng)用在游戲、影音、直播等泛娛樂領(lǐng)域率先興起。據(jù)測(cè)算，全球VR游戲市場(chǎng)未來3年的盈利空間分別為12億美元、23億美元和52億美元，每年呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。12第十二頁，共60頁。基本原理

及

主要(zhǔyào)技術(shù)基本原理頭戴顯示器的成像原理主要技術(shù)(jìshù)計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)(jìshù)動(dòng)作捕捉技術(shù)(jìshù)人機(jī)交互技術(shù)(jìshù)13第十三頁，共60頁。頭戴顯示器14頭戴顯示器（HeadMountDisplay，HMD）是一種可穿戴式顯示裝置，一般戴在頭上或作為頭盔的一部分，通過(tōngguò)小型液晶顯示屏顯示圖像，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)校正后投射到用戶眼中。正立(zhènɡlì)放大虛像液晶(yèjīng)顯示屏凸透鏡第十四頁，共60頁。頭戴顯示器15為了使用戶獲得3D的視覺體驗(yàn)，即深度知覺（Depthperception），HMD需要在左右眼顯示不同(bùtónɡ)的圖像，常用的方法包括使用雙路視頻輸出，或者將視頻按奇偶幀進(jìn)行時(shí)分復(fù)用等。第十五頁，共60頁。16第十六頁，共60頁。17第十七頁，共60頁。計(jì)算機(jī)圖形(túxíng)技術(shù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（ComputerGraphics，CG）是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維形體轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)圖形的科學(xué)，是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成虛擬世界的基礎(chǔ)，將真實(shí)世界的對(duì)象物體在相應(yīng)的三維虛擬世界中的重構(gòu)，并保存部分物理屬性(shǔxìng)，逼真的計(jì)算機(jī)圖形可以構(gòu)筑出以假亂真的虛擬世界，是使用者產(chǎn)生身臨其境的感覺。18第十八頁，共60頁。人機(jī)交互技術(shù)(jìshù)人機(jī)交互（Human-ComputerInteraction）技術(shù)就是讓用戶能從虛擬環(huán)境中獲取和真實(shí)環(huán)境一樣或者相似的聽覺、感覺、觸覺和力覺等感官(gǎnguān)認(rèn)知并與虛擬現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生互動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)，包括體感控制、手勢(shì)識(shí)別、語音控制等。19第十九頁，共60頁。動(dòng)作(dòngzuò)追蹤技術(shù)追蹤（Tracking）技術(shù)(jìshù)通過慣性測(cè)量單元、紅外傳感器、攝像頭等傳感器對(duì)用戶頭部的HMD及手中的控制器進(jìn)行動(dòng)作追蹤，當(dāng)用戶轉(zhuǎn)動(dòng)頭部或是移動(dòng)身體，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)會(huì)對(duì)用戶的動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，追蹤系統(tǒng)的好壞會(huì)極大影響用戶的使用體驗(yàn)。20第二十頁，共60頁。主要的

VR

硬件(yìnɡjiàn)產(chǎn)品基于(jīyú)臺(tái)式機(jī)的VR產(chǎn)品基于(jīyú)PC的VR基于(jīyú)游戲主機(jī)的VR移動(dòng)VR產(chǎn)品基于(jīyú)智能手機(jī)的VR輕量級(jí)移動(dòng)VR21第二十一頁，共60頁。OculusRift22第二十二頁，共60頁。HTCVive23第二十三頁，共60頁。PlayStationVR24第二十四頁，共60頁。SamsungGearVR25第二十五頁，共60頁。GoogleCardboard26第二十六頁，共60頁。各產(chǎn)品性能(xìngnéng)對(duì)比產(chǎn)品名稱分辨率刷新頻率視野范圍發(fā)售時(shí)間價(jià)格OculusRift2160x120090Hz110°2016.3$599HTCVive2160x120090Hz110°2016.4$799PlayStationVR1920x1080120Hz100°2016.10$399GearVR2560x144060Hz96°2015.11$99GoogleCardboard---2014.6Free27第二十七頁，共60頁。VR在

各行業(yè)(hángyè)

的應(yīng)用事件直播商務(wù)(shāngwù)醫(yī)療保健電子游戲娛樂和電影旅游28第二十八頁，共60頁。事件(shìjiàn)直播NextVR等公司已經(jīng)通過專屬算法和360度攝像機(jī)來提供體育和其他事件的VR直播，包括NBA和NHL等體育賽事，用戶觀看時(shí)可以獲得(huòdé)身臨其境的感覺，好像自己就在現(xiàn)場(chǎng)。NextVR目前已經(jīng)支持多個(gè)VR平臺(tái)，包括三星GearVR、索尼PlayStationVR、OculusRift和HTCVive。29第二十九頁，共60頁。商務(wù)(shāngwù)零售商已開始創(chuàng)建VR購物體驗(yàn)，提供一種類似于實(shí)體展廳的觀賞體驗(yàn)，這不僅允許消費(fèi)者虛擬體驗(yàn)任何一款服裝或其他(qítā)消費(fèi)者產(chǎn)品，還允許零售商捕捉到一些極具價(jià)值的信息，如用戶試用了哪些產(chǎn)品，傾向于哪種虛擬展示方式等。30第三十頁，共60頁。醫(yī)療保健許多公司在醫(yī)療保健領(lǐng)域探索VR的應(yīng)用潛力。通過(tōngguò)創(chuàng)建個(gè)性化的VR體驗(yàn)來模擬現(xiàn)實(shí)生活，醫(yī)生和治療師正嘗試通過(tōngguò)這種新療法來治療恐懼癥和其他疾病患者。例如，美國南加州大學(xué)創(chuàng)新技術(shù)學(xué)院(USCICT)就推出了一種VR療法，用于治療創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)。而倫敦VirtualExposureTherapy公司也利用VR來治療恐懼癥。31第三十一頁，共60頁。電子游戲(diànzǐyóuxì)所有三家臺(tái)式機(jī)VR公司Oculus、HTC和索尼都為今年的首發(fā)(shǒufā)準(zhǔn)備了大量游戲，許多游戲和內(nèi)容工作室也已經(jīng)針對(duì)VR發(fā)布了其游戲主題。32第三十二頁，共60頁。娛樂(yúlè)和電影從質(zhì)量的角度講，以VR形式展現(xiàn)(zhǎnxiàn)電影內(nèi)容能為觀眾提供更好的沉浸式體驗(yàn)。Oculus已經(jīng)成立了自己的電影工作室StoryStudios，制作原生VR內(nèi)容。該工作室已經(jīng)表示，計(jì)劃制作5部較短的VR動(dòng)畫片。此外，Oculus還與Felix&PaulStudios工作室合作為OculusRift創(chuàng)作VR內(nèi)容。33第三十三頁，共60頁。旅游(lǚyóu)如今，海灘、叢林、瀑布、金字塔和世界其他奇觀都可以通過VR系統(tǒng)來“實(shí)地”體驗(yàn)。馬克?扎克伯格曾為希望去意大利小鎮(zhèn)的觀光者展示了一段VR旅游視頻。在澳大利亞，澳洲航空已經(jīng)在其長程航班上部署了VR體驗(yàn)。此外，澳洲航空還與三星和RapidVR合作制作一部新VR電影，允許乘客以360度視角(shìjiǎo)感受大堡礁。34第三十四頁，共60頁。將虛擬與現(xiàn)實(shí)(xiànshí)結(jié)合VRVirtualReality

虛擬現(xiàn)實(shí)純虛擬ARAugmented

Reality增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)虛擬+現(xiàn)實(shí)35第三十五頁，共60頁。增強(qiáng)(zēngqiáng)現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AugmentedReality，AR），是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算觀察者的位置及角度并生成虛擬(xūnǐ)圖像并進(jìn)行疊加顯示的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是把虛擬(xūnǐ)內(nèi)容套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)。36第三十六頁，共60頁。常見(chánɡjiàn)的

AR應(yīng)用視頻媒體電視轉(zhuǎn)播生活應(yīng)用手機(jī)導(dǎo)航公共安全救援系統(tǒng)(xìtǒng)國防軍事戰(zhàn)斗輔助系統(tǒng)(xìtǒng)37第三十七頁，共60頁。電視轉(zhuǎn)播足球比賽中，前鋒越位時(shí)回放慢(fànɡm(xù)àn)動(dòng)作38第三十八頁，共60頁。手機(jī)(shǒujī)導(dǎo)航Layar軟件(ruǎnjiàn)使用GPS及陀螺儀收集附近信息并疊加顯示39第三十九頁，共60頁。公共安全LandForm+將實(shí)景增強(qiáng)(zēngqiáng)的地理信息搜索和救援40第四十頁，共60頁。國防(guófáng)軍事FA-18戰(zhàn)斗(zhàndòu)機(jī)上HUD（平視顯示器）搭載的輔助戰(zhàn)斗(zhàndòu)系統(tǒng)41第四十一頁，共60頁?；驹?/p>

及

主要(zhǔyào)技術(shù)基本原理混合顯示(xiǎnshì)的成像原理主要技術(shù)機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)視覺人機(jī)交互技術(shù)42第四十二頁，共60頁。混合(hùnhé)顯示43投影透鏡半透膜虛擬內(nèi)容真實(shí)世界區(qū)別于常見的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，光學(xué)穿透式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備采用光學(xué)組合器（如半反半透玻璃）直接將虛擬場(chǎng)景(chǎngjǐng)同外部世界在人眼中融合，使用者可以在看到周圍真實(shí)環(huán)境的同時(shí)看到計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的增強(qiáng)信息。第四十三頁，共60頁。機(jī)器(jīqì)學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)（Machinelearning）理論主要是設(shè)計(jì)(shèjì)和分析一些讓計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)“學(xué)習(xí)”的算法。通過機(jī)器學(xué)習(xí)可以從一類從數(shù)據(jù)中自動(dòng)分析獲得規(guī)律，并利用規(guī)律對(duì)未知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。44第四十四頁，共60頁。計(jì)算機(jī)視覺(shìjué)計(jì)算機(jī)視覺（Computervision）是使用計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備對(duì)生物視覺的一種模擬，它的主要任務(wù)就是通過對(duì)采集的圖片(túpiàn)或視頻進(jìn)行處理以獲得相應(yīng)場(chǎng)景的三維信息。45第四十五頁，共60頁。識(shí)別(shíbié)技術(shù)識(shí)別（Recognition）技術(shù)通過計(jì)算機(jī)與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理等高科技手段密切結(jié)合，對(duì)視野中的人物、場(chǎng)景、物體等信息進(jìn)行識(shí)別，或利用指紋、虹膜、語音(yǔyīn)等特征來進(jìn)行個(gè)人身份的鑒定。46第四十六頁，共60頁。主要(zhǔyào)的

AR

硬件產(chǎn)品單眼(dānyǎn)式雙眼式近眼光場(chǎng)式47第四十七頁，共60頁。GoogleGlass48第四十八頁，共60頁。MicrosoftHoloLens49第四十九頁，共60頁。EyeTap（概念(